Come abbiamo creato gli algoritmi di SportVitals: Modellazione fisiologica 100% locale (HRV, Body Battery, Carico di Allenamento e Recupero)

Vogliamo condividere la logica e la matematica dietro a SportVitals, un compagno di salute e allenamento per iOS e watchOS basato sulla privacy e completamente elaborato sul dispositivo (100% on-device).

A differenza di molte piattaforme fitness che elaborano i dati sulla salute nel cloud, SportVitals esegue tutti i calcoli localmente sul tuo iPhone e Apple Watch utilizzando SwiftData e algoritmi personalizzati. Ecco un’analisi dettagliata di come vengono calcolate le metriche principali.

1. Body Battery & Stress Intraday

Il Concetto

Una rappresentazione dell’energia residua del tuo corpo (0–100) e del livello di attivazione istantaneo.

Il Calcolo

• Stress: Derivato dai campioni di frequenza cardiaca in tempo reale confrontati con la frequenza cardiaca a riposo (RHR) storica. Calcoliamo anche una metrica di stress a doppio ingresso (HRV + HR) quando entrambi i dati sono presenti.
• Body Battery: Un modello ad integrazione incrementale. Si ricarica durante il riposo e il sonno (quando lo stress è basso) e si scarica durante la veglia, l’attività fisica (scarica basata sul TRIMP) e i periodi di alto stress.

2. Stato HRV Notturno

Il Concetto

Riflette l’equilibrio del sistema nervoso autonomo.

Il Calcolo

• Calcoliamo l’RMSSD notturno (radice quadrata della media delle differenze al quadrato dei battiti successivi) utilizzando i dati grezzi degli intervalli battito-battito (R-R) raccolti dall’Apple Watch durante la sessione di sonno principale.
• Questo valore viene confrontato con una baseline personale mobile di 21 giorni.
• Lo stato viene categorizzato come Bilanciato, Sbilanciato o Basso in base alle deviazioni standard da questa baseline.

3. Punteggio del Sonno Avanzato & Sleep Bank

Il Concetto

Qualità del sonno (0–100) e Debito di Sonno.

Il Calcolo

• Punteggio del Sonno (Sleep Score): Aggrega durata del sonno (target 7–9 ore), efficienza, percentuali di sonno profondo/REM, frammentazione (risvegli), regolarità degli orari e HRV notturno. Vengono applicate penalità severe per periodi di sonno molto brevi.
• Sleep Bank: Traccia il sonno effettivo rispetto al tuo obiettivo personale su una finestra mobile di 7 notti, ponderata verso le notti più recenti per identificare deficit, equilibrio o surplus.

4. Carico di Allenamento (TRIMP, TSB & ACWR)

Il Concetto

Gestire i guadagni di forma fisica prevenendo gli infortuni.

Il Calcolo

• TRIMP (Impulso di Allenamento): Ogni allenamento viene valutato utilizzando durata e zone di frequenza cardiaca rispetto alle tue frequenze cardiache massima e a riposo.
• ATL (Acute Training Load): Una media ponderata a 7 giorni che rappresenta la fatica a breve termine.
• CTL (Chronic Training Load): Una media ponderata a 42 giorni che rappresenta la forma fisica a lungo termine.
• TSB (Training Stress Balance): Calcolato come CTL - ATL per mostrare lo stato di forma/freschezza.
• ACWR (Rapporto Carico Acuto/Cronico): ATL / CTL. Mantenere questo valore nella zona ottimale (0,8–1,3) garantisce una progressione sicura, mentre valori >1,5 avvertono di un elevato rischio di infortunio.
• Stato di Allenamento: Combina ACWR e stato HRV per classificare la tua fase di allenamento (Produttivo, Mantenimento, Affaticato, ecc.).

5. Training Readiness (Prontezza all’Allenamento 0–100)

Il Concetto

La Prontezza all’Allenamento rappresenta la capacità residua per affrontare allenamenti impegnativi oggi.

SportVitals salva uno snapshot stabile al mattino dopo il sonno. Se un allenamento viene completato più tardi nella giornata, il punteggio intraday parte da quel valore mattutino e viene ridotto in base al nuovo carico di allenamento e all’equilibrio aggiornato ATL/CTL.

5.1 Prontezza Mattutina

Il punteggio del mattino è un composito ponderato:

• Punteggio del sonno della notte precedente: 15%
• Recupero dal carico di allenamento recente: 30%
• HRV attuale rispetto alla baseline: 20%
• Tolleranza al carico ATL/CTL: 25%
• Storico recente del sonno: 5%
• Storico recente dello stress: 5%

Il punteggio mattutino applica anche penalità delimitate quando:

• Il punteggio del sonno è inferiore a 50;
• L’HRV è sostanzialmente al di sotto della baseline;
• La frequenza cardiaca a riposo è al di sopra della sua baseline personale.

Un HRV favorevole o una frequenza cardiaca a riposo al di sotto della baseline possono sostenere il punteggio mattutino, ma non annullano la fatica prodotta da un allenamento impegnativo eseguito nel corso della giornata.

5.2 Riduzione Intraday da Allenamento

L’effetto immediato dell’allenamento guida quindi il 75% della riduzione, mentre il rapporto aggiornato ATL/CTL contribuisce per il 25%. Al massimo livello di affaticamento, un allenamento può consumare fino all'80% del punteggio mattutino.

Questa separazione impedisce che i dati invariati di sonno o HRV vengano conteggiati di nuovo dopo un allenamento e fa sì che la Training Readiness si comporti come l’effettiva capacità di allenamento residua della giornata.

6. Endurance Score & VO2 Max

Il Concetto

Capacità aerobica a lungo termine.

Il Calcolo

• VO2 Max: Utilizza i campioni reali di VO2 Max di Apple Salute (con stimatori di riserva giornalieri).
• Endurance Score (1000–10000): Combina il tuo VO2 Max, il volume di allenamento (CTL), la continuità degli allenamenti (finestra a 14 giorni) e la frequenza delle attività.

7. Race Predictor & Hill Score

Il Calcolo

• Race Predictor: Combina VO2 Max ed Endurance Score insieme allo storico di corsa effettivo per modellare i tempi stimati per 5K, 10K, Mezza Maratona e Maratona.
• Hill Score (0–100): Combina capacità aerobica (VO2 Max), resistenza e una componente di forza in salita derivata dal dislivello positivo, dalla pendenza media e dall’altitudine massima degli allenamenti recenti.

8. Tempo di Recupero Dinamico (0–96h)

Il Calcolo

• Stabilisce un tempo di recupero di base basato sul TRIMP dell’ultimo allenamento.
• Modula continuamente questo conto alla rovescia (accelerandolo o rallentandolo) in base alle metriche di recupero in tempo reale: qualità del sonno, livelli di stress giornalieri e HRV.

9. Età Biologica (Stima Educativa)

Il Calcolo

• Confronta l’età cronologica con fattori biologici su una finestra di 4 settimane.
• Integra VO2 Max, RHR, RMSSD notturno, percentuale di massa grassa, recupero della frequenza cardiaca a 2 minuti, metriche del sonno e livelli di attività.
• I parametri mancanti vengono esclusi anziché ridistribuiti, evitando che dati assenti alterino i risultati.

10. Punteggio di Resilienza (0–100)

Il Concetto

Adattabilità fisiologica a lungo termine.

Il Calcolo

Valutato su 5 pilastri:

• Stabilità HRV: 25%
• Regolarità del Sonno: 20%
• Tolleranza allo Stress: 20%
• Stabilità dei Segni Vitali: 20%
• Velocità di Recupero: 15%

Applica penalità temporanee per deviazioni acute della temperatura cutanea, RHR o frequenza respiratoria.